T字型三维机织物设计及其复合材料弯曲性能

为探究不同梁高的T 字型三维整体机织复合材料的弯曲力学性质,经合理设计,使用玄武岩长丝束在普通小样织机上,低成本织造3 种不同梁高的T 字型三维整体机织物,采用真空辅助树脂传递模塑成型工艺,制备Ｔ 字型三维整体机织复合材料。用电子万能试验机测试,得到相应的载荷位移曲线和吸收能量位移曲线。由实验结果可知,梁越高的T 型三维整体机织复合材料所承受的载荷和吸收的能量也越高,且不同梁高的T 型三维整体机织复合材料也表现出不同的弯曲破坏模式。该研究结果表明,梁高对T 字型三维整体机织复合材料的弯曲载荷、吸能和破坏模式影响显著。     

三维间隔织物复合材料弯曲性能研究

将树脂基体与三维间隔织物进行复合制成三维间隔织物复合材料。利用Instron 5969H型万能材料试验机对不同间隔高度的三维间隔织物复合材料进行弯曲性能测试,重点分析间隔高度与其弯曲性能的相关性。结果表明:三维间隔织物复合材料的弯曲性能与间隔高度呈负相关;三维间隔织物复合材料的纬向弯曲性能明显好于经向。     

预定型弯曲柱纱三维机织间隔复合材料的压缩性能

为探究柱纱弯曲程度对三维机织间隔复合材料(3DWSC)压缩稳定性的影响,采用手糊成型工艺将环氧树脂与三维机织间隔织物进行复合,并在其固化成型前对材料进行压缩预定型,制备了4种不同厚度即4种柱纱弯曲程度的三维机织间隔复合材料。探究了柱纱弯曲程度对3DWSC平压性能、平压破坏模式及疲劳性能的影响。结果表明,随着柱纱弯曲程度的增大,3DWSC的平压强度先降低后提升,柱纱的破坏模式由脆性断裂和失稳逐渐转变为屈服破坏,3DWSC的疲劳性能下降。     

三层机织间隔织物的设计与织造

间隔织物是纤维复合材料的增强体,决定着材料的最终使用效果,但是三层机织间隔织物的研究目前尚属空白。设计并成功制备出三层机织间隔织物。首先用画图软件模拟出三层间隔织物的纱线走向图,然后根据经向剖面图画出上机图;选用玄武岩纤维/丙纶包缠纱作为经纬纱,芳纶作为接结纱,表层、中层、里层都选用平纹组织;采用双经轴送经、钢条定距法织造。总结了影响三层机织间隔织物织造过程的因素,形成了具体织造技术,丰富了三维机织物组织结构库。     

工字形三维机织复合材料的弯曲性能

为了解决当前常用的工字形铺层复合材料整体性不佳的问题,通过合理设计,在普通织机上织造3种不同厚度的工字形三维机织物,并选用VARTM(真空辅助树脂传递模塑)成型工艺将工字形三维机织物制备成复合材料,同时测试了该复合材料的弯曲性能,并且对比分析了不同厚度的工字形三维机织复合材料的力学性能及其差异。结果表明:工字形三维机织复合材料的厚度对其力学性能的影响非常显著,随着工字形三维机织复合材料中间厚度的增加,复合材料的载荷、弯曲强度以及总的吸收能量都表现出越来越好的趋势。     

三维夹芯复合材料冲击损伤后弯曲性能研究

采用手糊成型工艺将环氧树脂与三维机织夹芯织物及玻纤平纹织物复合,制成三维夹芯复合材料,并采用不同的冲击高度对其进行低速冲击试验。利用Instron 5969H型万能材料试验机对经过低速冲击试验的三维夹芯复合材料的弯曲性能进行测试,分析冲击高度对三维夹芯复合材料弯曲性能的影响。结果表明:同种三维夹芯复合材料的弯曲性能与冲击高度呈负相关;相同冲击高度下,同种三维夹芯复合材料的经向剩余弯曲强度明显低于其纬向剩余弯曲强度。     

T字形三维机织物设计及其复合材料冲击性能分析

以600 tex玻璃长丝束为经纱,2 000 tex玄武岩长丝束为纬纱,试织了3种不同梁高的T字形三维整体机织物,并采用VARTM(Vacuum Assistant Resin Transfer Moulding)成型工艺制备成复合材料。测试了3种T字形三维整体机织复合材料的冲击性能。结果表明,梁高为12 mm的材料吸收能量最多,受到的冲击强度最大;梁高为0 mm的材料吸收能量最少,受到的冲击强度最小。不同梁高的T字形三维机织复合材料的破坏模式也各不相同。     

三维间隔织物复合材料的制备及拉伸性能研究

介绍三维间隔织物复合材料的制备方法,并采用Instron 5969型万能材料试验机对三维间隔织物复合材料的拉伸性能进行测试,重点分析间隔高度、经纬向等结构参数对三维间隔织物复合材料拉伸性能的影响。结果表明:三维间隔织物复合材料拉伸性能随间隔高度的增加而下降;纬向拉伸性能优于经向。     

正交-准正交复合三维机织复合材料力学性能

为弥补单一结构三维机织复合材料在性能方面的不足,研究正交-准正交复合三维机织复合材料的力学性能。以高强涤纶长丝为原料,分别织造四层正交和准正交三维机织结构作为预制件,依据均衡对称准则设计4种复合结构,选用双酚A环氧乙烯基脂为基体,制备正交、准正交及复合三维机织复合材料,并对制得的复合材料进行经向拉伸和弯曲性能测试。结果表明:准正交三维机织复合材料的经向拉伸和弯曲性能均优于正交三维机织复合材料;在复合三维机织复合材料中,复合顺序对复合材料性能的影响大于复合比例;正交结构位于材料表层时复合材料可以获得更优异的力学性能。     

冲击波在陶瓷增强纬编双轴向多层衬纱织物及机织物复合材料中传递的表征

为了分析冲击波在复合材料内的传递规律,通过将纬编双轴向(MBWK)多层衬纱织物、机织物与陶瓷层交替铺层与不饱和聚酯树脂进行复合制备了复合材料,利用落锤冲击试验机对复合材料进行冲击测试,研究了试样冲击破坏后陶瓷片裂纹扩展及碎裂规律,探讨了冲击应力在不同结构复合材料内部的传播规律,并分析了MBWK织物增强复合材料的冲击应力波传播机制。结果表明:复合材料在冲击过程中,出现了材料的分层损伤;冲击应力波横波表现在陶瓷材料表面,即造成陶瓷材料环形损伤;冲击应力波纵波沿材料厚度方向传播,复合材料各层对能量的吸收有差别;同时,相同工艺条件下,机织物复合材料破坏面积小、裂纹数量少,说明机织物复合材料对冲击能量吸收较多、抗冲击性能较好。     

三维正交机织复合材料的冲后压缩性能

为揭示纱线张力对三维机织复合材料抗冲击及冲后压缩性能的影响规律,基于多剑杆织造工艺,配置不同接结纱张力(25、50、100 cN)织造三维正交机织物,通过真空辅助树脂传递模塑成型工艺制备复合材料,并在室温下进行低速冲击及冲后压缩性能测试。结果表明：当接结纱张力为100 cN时,试样在冲击载荷下发生表层树脂大面积破裂和剥离并使纬纱失去支撑,同时,试样表层纬纱发生较大卷曲,促使压缩载荷发生屈曲失效;接结纱张力为100 cN试样的压缩性能相比接结纱张力为25 cN试样下降约50%;接结纱张力较高时易导致纬纱卷曲增大和树脂富集,并由此降低试样的弯曲刚度和冲后压缩性能。     

三维机织角联锁SiCf/SiC复合材料弯曲性能及损伤机制

为解决陶瓷基复合材料在服役环境中由于弯曲而导致失效的问题,从理论上分析了经向和纬向弯曲过程中复合材料弯曲受力与内部纤维之间的相互作用机制。以SiC_f/SiC复合材料为例,利用微计算机断层扫描技术获得其内部纤维结构和孔隙等三维图像;并在此基础上,分别对三维机织角联锁SiC_f/SiC复合材料经向和纬向进行弯曲性能测试,从细观、微观尺度分析弯曲损伤机制。结果表明:三维机织角联锁SiC_f/SiC复合材料的纬向和经向性能明显不同,且纬向试样的弯曲强度大于经向试样;SiC_f/SiC复合材料的弯曲损伤模式复杂,经向试样裂纹主要沿着经纱与纬纱接触点扩展,而纬向试样裂纹主要在纬纱束之间产生,并最终导致弯曲破坏。     

Mechanical properties improvement of silane addition epoxy/3D orthogonal woven composite material

In this study, the influence of silane addition on mechanical properties of epoxy/3D orthogonal glass fiber woven composite was studied. The KH560 silane modification composite specimen reinforced with 3D orthogonal woven fabric/epoxy was manufactured by means of Resin Infusion under Flexible Tooling. The mechanical properties of the epoxy/3D glass fiber woven composites were characterized by tensile and bending tests. The tensile and bending properties of silane-modified 3D orthogonal woven glass composite in warp and weft directions were compared with the pristine or epoxy/glass composite material not coupled using silane. The results show that the tensile and bending properties in warp and weft directions have been improved due to the silane addition. The bonding strength between the fiber and matrix was improved and the delamination and debonding between fiber and matrix was retarded and shifted to cohesive failure of the matrix due to the silane modification. Electron microscopy of the fracture and failure modes of the test specimens were used to support the results and conclusions.     

不同结构厚截面三维机织碳纤维复合材料的弯曲性能对比

为准确分析不同结构厚截面复合材料不同方向上的弯曲性能差异,通过设计织造三向正交、浅交直联、浅交弯联3种典型机织结构的厚截面碳纤维三维机织物,并采用真空辅助树脂成型工艺制备了近似纤维体积含量的碳纤维复合材料板,对其进行了XYZ方向的弯曲实验。结果表明:三向正交结构由于内部纤维束近似平直,碳纤维束自身性能得到最大利用,对应复合材料经向弯曲强度最好;浅交直联结构复合材料的Z经和Z纬弯曲强度累加值最大,其厚度截面上的综合弯曲性能最好,且其他各方向的弯曲强度较为均衡;浅交弯联结构内部纱线交织摩擦损伤严重,且经纱屈曲程度最大,对应复合材料经纬向弯曲性能均为最差。     

二维与三维机织复合材料力学性能的实验研究

对超厚三维正交机织复合材料及二维要织层合板人别进行了拉伸和压缩实验,研究比较了两种复合材料刚度和强度特性的差异研究发现无论是三维机织材料的拉压还是二维层合板的拉压应力应变曲线都近似为直线,而且具有脆性破坏的特点;三维复合材料的拉压强度要高于二维层合板.这主要是由于材料不同的增强相结构及纤维含量造成;不同的破坏模式对材料强度影响很大.     

玄武岩纤维机织针织复合织物增强复合材料的弯曲性能

根据新型的机织针织复合织物的结构特点,分别选用不同线密度的高强高模玄武岩纤维作为经纱、纬纱和针织纱编织这种织物,以其作为增强体,采用VARTM工艺制作了玄武岩纤维/乙烯复合材料。为提供该新型织物增强复合材料的应用依据,测试了复合材料的横向、纵向和斜向弯曲性能,并对各个方向的弯曲载荷-挠度特征曲线及其弯曲断裂形态进行了分析。研究结果表明：这种复合材料具有较好的轴向弯曲性能,横向和纵向的弯曲性能均优于斜向,其弯曲断裂都表现一定的塑性,弯曲能量基本相近。     

体积含量对织物/水泥复合材料弯曲性能的影响

采用无碱玻璃纤维机织物,制备了不同体积含量的织物增强水泥基复合材料,通过三点弯曲抗折强度试验和断裂面形貌数码照片分析,研究了织物体积含量对机织物增强水泥基复合材料弯曲性能的影响。研究结果表明,玻璃纤维机织物体积含量从1%上升到5%时,织物增强水泥复合材料全载荷挠度曲线的形状和弹性模量没有明显变化,经向抗折强度从8.5 MPa上升到17.8 MPa,纬向抗折强度从8.1 MPa上升到17.2 MPa,但增加的幅度与聚合物基单向复合材料纵向强度的混合定律不相符,断裂能从0.53 kJ/m2上升到1.89 kJ/m2,且增加的幅度明显增大。     

纬纱接结的三维正交机织物结构

为了研究正交机织物的实际结构,采用玻璃纤维在剑杆织机上织制了纬纱接结的6层经纱5层纬纱的正交机织物,然后利用VARI工艺与聚酯树脂复合,制成了复合材料板材试样,并在显微镜下观测纱线的形状。研究发现:三维正交机织物的经、纬纱基本呈直线状态,接结纬纱是曲线与直线组合的形状,且形状与在织物中的位置有关,越靠近织物中央,接结纬纱的直线部分越短;接结纬纱使其限定的经纱产生聚集现象,在复合材料中产生贫富树脂区,接结纬纱形状的变化也使织物的结构不均匀。对织造过程的分析表明,造成接结纬纱形状变化的原因是织物形成过程中接结纬纱的滑动,从织物边部到中央,接结纬纱的滑动阻力逐渐增大,接结纬纱的张力也逐渐增大。     

球形弹体冲击下三维正交机织物结构破坏机制有限元分析

为深入研究抗冲击三维正交机织物的破坏机制,通过有限元建模分析,以三维正交机织物为靶体,在纱线尺度细观结构模型上计算其在不同初始速度球形弹体冲击下的渐进破坏过程。对不同初始速度下球形弹体的速度和加速度变化历程、各纱线系统吸能比例、材料渐进破坏过程以及最终破坏形态等进行分析。结果表明:平直排列的纱线系统在吸收与耗散球形弹体冲击能量的过程中发挥重要作用,可使能量以很快的应力波速扩展到三维正交机织物靶体的大面积区域,并提高吸能效果;球形弹体初始速度为100 m/s时,经、纬、Z纱系统可分别吸收总能量的39.6%、48.37%、12.03%,经、纬纱系统为三维正交机织物靶体抵抗冲击力过程中的主要承力部位;通过增加纱线层数、织物体积及织造密度等可提高三维正交机织物材料的抗冲击性能。